論基礎(chǔ)工程中基坑支護的方案及監(jiān)測分析

賀松

（中國有色工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院，云南 昆明 650000）

在工程中地下室、地下商場、地下車庫、地鐵車站等建筑施工，其中都會面臨著深基坑工程。深基礎(chǔ)工程其造價一般為整幢建筑總造價的20%－30%，深基坑支護結(jié)構(gòu)的費用也約占工程總造價的10%左右。而城市中深基坑工程常處于密集的建筑物、道路橋梁、地下管線、地鐵隧道或人防工程附近，雖屬臨時性工程，但其技術(shù)復(fù)雜性卻遠甚于永久性的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或上部結(jié)構(gòu)，而且基坑支護關(guān)系到臨近的建構(gòu)筑物、道路橋梁和各種地下設(shè)施和地下結(jié)構(gòu)施工的安全。

經(jīng)過工程實踐的篩選，形成了適合于不同地質(zhì)條件和基坑深度的經(jīng)濟合理的支護結(jié)構(gòu)體系，水泥土攪拌樁和土釘墻是我國目前的5m以內(nèi)及10m以內(nèi)首選的支護形式，土層條件好時，15m左右基坑亦經(jīng)常使用。水泥土攪拌樁的布置型式有：實體式、空腹式、格構(gòu)式、拱型或拱型加鉆孔灌注樁，既可以漿噴也可以粉噴。土釘墻可以單獨使用，也可以與其他支護型式聯(lián)合使用。對于5－10m深軟土基坑，常采用鉆(沖、挖)孔樁、沉管灌注樁或鋼筋砼預(yù)制樁等，并可作各種布置，如需防滲止水時，則輔之以水泥土攪拌樁、化學(xué)灌漿或高壓注漿形成止水帷幕，有時亦用鋼板樁或H型鋼樁。

當(dāng)基坑深度大于10m時，可考慮采用地下連續(xù)墻，或采用SMW工法連續(xù)墻，并根據(jù)需要設(shè)置支撐或錨桿，如遇特殊結(jié)構(gòu)物(如地鐵盾構(gòu)的工作井、排水泵站、取水構(gòu)筑物等)則采用沉井或沉箱?；娱_挖與支護設(shè)計應(yīng)包括下列內(nèi)容：(1)支護體系的方案技術(shù)經(jīng)濟比較和選型；(2)支護結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定和變形計算；(3)基坑內(nèi)外土體的穩(wěn)定性驗算；(4)基坑降水或止水帷幕設(shè)計以及圍護墻的抗?jié)B設(shè)計；(5)基坑開挖與地下水變化引起的基坑內(nèi)外土體的變形及其對基礎(chǔ)樁、臨近建筑物和周邊環(huán)境的影響；(6)基坑開挖施工方法的可行性及基坑施工過程中的監(jiān)測要求。

1 建筑工程的地質(zhì)情況

本文主要針對某工程2個項目 (A區(qū)和B區(qū))對軟土地區(qū)的基坑支護方案進行分析討論，并對監(jiān)測的方法進行簡單介紹，該工程項目附近的地質(zhì)情況(表1)如下：

表1 項目附近地質(zhì)情況

2 地基基坑支護方案的分析比較

2.1 A區(qū)一層地下室深約5.0m的基坑

2.1.1 放坡開挖的方案

當(dāng)項目周邊條件許可時，其中放坡開挖的方案絕對是最經(jīng)濟可行的方案，畢竟開挖深度內(nèi)的地基土為素填土和淤泥，因此采用邊開挖邊放坡的施工方法，絕對是最經(jīng)濟的可選方案。

2.1.1.1 放坡比例取1:1.5，基坑深5.0m，水平放坡長7.5m。

2.1.1.2 坡面處理采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土保護，采用φ6@200雙向鋼筋網(wǎng)，C20細石混凝土50mm厚。

2.1.1.3 排水措施：坡頂坡底設(shè)排水溝，并做好坡頂?shù)孛娴呐潘胧旅嬖O(shè)間距3m的泄水孔梅花型布置，并保證積水及時排出基坑。

2.1.1.4 由于開挖后的基坑底面基本上均為淤泥，為防止基底隆起變形和施工機械的正常操作，在基底鋪設(shè)0.3－0.5m厚的砂石墊層。

2.1.1.5 局部由于淤泥影響無法放坡時，采用松木樁、鋼板樁等臨時措施以滿足放坡要求。

2.1.2 懸臂墻的方案

假設(shè)項目在進行施工時，其周圍道路已經(jīng)在施工，因此無法進行放坡施工，那么可采用水泥土墻或予應(yīng)力管樁也算是比較經(jīng)濟合理的支護方案，其中的水泥土墻使用水泥攪拌樁或高壓噴射注入土體內(nèi)水泥，使土體與水泥形成抗壓抗剪承載力較高的塊體，其受力狀態(tài)為重力式擋墻，這種形式在軟土地基中基坑深度小于6m的基坑支護中較為常用，而且可以兼作擋土和止水雙重作用。而管樁懸臂方案是排樁的受力形式，利用管樁承載力高的特點，由懸臂管樁承受全部的側(cè)向力，并結(jié)合其他方法達到擋土止水等目的。

2.1.2.1 水泥土墻的方案

針對目前場地地質(zhì)的情況，采用水泥攪拌樁作為支護體系用以加固基坑底面以上土體，形成重力式水泥土擋墻，經(jīng)過初步計算，其水泥土墻寬度2.5－3.0m，置換率0.9，擋墻嵌固深度8.0m，樁的有效搭接寬度150mm。那么按攪拌樁30元/m的計算，水泥土墻每米的成本為5000元。

2.1.2.2 預(yù)應(yīng)力管樁的方案

利用預(yù)應(yīng)力管樁承載力高的特點，沿基坑邊施打預(yù)應(yīng)力管樁，再輔以攪拌樁擋土止水，共同形成基坑支護體系，主要受力構(gòu)件為預(yù)應(yīng)力管樁，承受全部的側(cè)向土壓力。根據(jù)地質(zhì)情況初步計算，φ500管樁間距1.0m，打入強風(fēng)化巖層。樁頂做冠梁將各樁水平相連，后面補打一排水泥攪拌樁，管樁長按20m考慮，攪拌樁長9m，初步估算支護造價4200元/m。

2.2 B區(qū)三層地下室深約15.0m的基坑

2.2.1 周邊的環(huán)境分析

如果根據(jù)規(guī)劃的圖紙，那么該地塊的四周均為道路，預(yù)計在該工程施工時周圍的道路已經(jīng)施工完畢，而且為了留下足夠的施工場地，該工程的基坑不可能采用完全放坡的形式，因此該工程的基坑支護將是一項很大的投資項目，所以必須在詳細勘查的基礎(chǔ)上經(jīng)過多方案比較來減少在基坑支護中的投資。

2.2.2 其方案分析

在流塑性淤泥質(zhì)土中設(shè)計支護結(jié)構(gòu)時，首先要考慮支護結(jié)構(gòu)自身的剛度以控制基坑變形。由于本場區(qū)周邊空地有限，故不可能采用完全放坡形式；且由于淤泥層蠕變大，故在淤泥深度范圍內(nèi)不宜采用土釘墻支護形式；而基坑深度達到15.0m，也不宜采用攪拌樁重力擋土墻結(jié)構(gòu)。所以本場區(qū)的基坑支護形式必須經(jīng)過認真計算、多方案比較，充分考慮淤泥的不利影響和地下水滲流的影響。

2.2.2.1 土釘墻支護方案

由于該場地淤泥層和填土層只分布在深度9.0m以上，有些深度只有6.0m，下部均為土質(zhì)較好的粉土砂土、礫砂，土的力學(xué)性質(zhì)隨深度變好，含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)減小，可以作為土釘錨桿的錨固介質(zhì)，如果場地條件允許，上部采用完全放坡的形式，下部分段采用土釘墻進行支護，是種較為經(jīng)濟的支護方式。該支護方式應(yīng)穿過礫砂層，起到止水的作用，否則，礫砂層為高透水層，受海水影致基坑排水降水困難。如果不能滿足要求，則應(yīng)沿四周作攪拌樁止水帷幕。

2.2.2.2 懸臂樁加內(nèi)支撐方案

采用鉆孔樁作為支護結(jié)構(gòu)，鉆孔樁進入全風(fēng)化層，樁徑φ為900mm,樁間距為1.2m，深度約為18m，鉆孔樁上部空2m放坡和作鎖口梁。樁的有效長度為16m；鉆孔樁用C30砼，保護層厚50mm，配14根φ為22mm的螺紋鋼筋。鉆孔樁間做攪拌樁用作檔土和止水，阻止鉆孔樁間土流動。內(nèi)支撐設(shè)兩道，選用桁架式鋼管結(jié)構(gòu),詳細布置須經(jīng)過計算確定。

2.2.2.3 懸臂樁錨桿支護方案

主要的支護受力構(gòu)件仍采用鉆孔樁，上部淤泥層范圍內(nèi)根據(jù)場地情況盡可能采用完全放坡形式，在下部土質(zhì)較好的深度范圍內(nèi)設(shè)2或3道錨桿支撐體系；無法放坡的淤泥深度范圍按懸臂樁進行設(shè)計計算，在錨桿與樁連接處設(shè)鋼筋混凝土腰梁作為錨桿與樁的傳力構(gòu)件，并在鉆孔樁間作φ350的攪拌樁作為止水帷幕。

2.2.2.4 地下連續(xù)墻方案

地下連續(xù)墻方案的造價很高，如果根據(jù)建筑方案的地下室布置，能夠?qū)⒂米骰又ёo的地下連續(xù)墻兼作建筑的地下室外墻，則可以根據(jù)地下室的結(jié)構(gòu)布置來進行支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣可以降低支護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的綜合造價。該方案須根據(jù)建筑方案設(shè)計并在經(jīng)濟比較合理的情況下才建議使用。

3 監(jiān)測

3.1 對周邊環(huán)境的監(jiān)護

充分了解包括基坑周圍相當(dāng)于基坑開挖深度的2－3倍范圍內(nèi)地上的建筑物、高聳塔桿、輸電線纜、古建文物、道路橋梁，以及地下管線、人防、隧道、地鐵等設(shè)施和障礙物。如發(fā)現(xiàn)既有建筑物等已有裂損傾斜等情況，應(yīng)收集其詳細資料，并在必要處做出標記或攝像、繪圖等。然后對調(diào)查對象承受地基變形的性能做出分析鑒定，確定應(yīng)采取的監(jiān)護方法。以及對基坑的影響并在基坑支護設(shè)計中加以充分考慮。

3.2 開挖過程監(jiān)測

對開挖過程實施跟蹤監(jiān)測，并將信息及時反饋，充分掌握支護結(jié)構(gòu)和基坑內(nèi)外土體移動，隨時調(diào)整施工參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計，以確保施工安全順利進行。施工監(jiān)測的作用還在于檢驗設(shè)計的正確性，并有利于積累資料，為今后改進設(shè)計理論和施工技術(shù)提供依據(jù)。

3.3 基礎(chǔ)施工過程中的監(jiān)測

基坑支護施工完成基坑開挖后是支護結(jié)構(gòu)受力最不利的階段，基坑支護監(jiān)測應(yīng)延續(xù)到地下結(jié)構(gòu)施工完并回填一定深度的土。在該階段應(yīng)密切注意監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋信息并對支護結(jié)構(gòu)的安全性有充分的了解，如有異常應(yīng)及時采取措施，防止意外事故的發(fā)生，該階段的監(jiān)測內(nèi)容方法與開挖過程的相同。

[1]曹長鵬.基礎(chǔ)工程中鋼板樁的施工工藝[J].山西建筑，2009-07-01.